## PENGARUH VARIASI UKURAN PARTIKEL KOPI TERHADAP NILAI KONDUKTIVITAS TERMAL KOMPOSIT DENGAN MATRIK POLYESTER ETERSET 2504 APT
Rezky Agus Setiawan 1 , Dedi Dwi Laksana 2 , Hary Sutjahjono 2
1 Alumni Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember
2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember Jl. Kalimantan 37 Jember 68121
Email: dwilaksanad@yahoo.com

## ABSTRACT
Heat  transfer  is  a  science  to determine  heat  transfer  occurs  in  certain  conditions  due  to  temperature  differences. The  thermal  conductivity  is  the  nature  of  the  form  termofisik  transport  properties  for  heat  transfer.  Thermal conductivity value indicates how quickly heat mangalir in that particular material and understand the phenomena that  occur  in  the  conduction  heat  transfer.  In  this  study  focused  on  the  value  of  the  thermal  conductivity  of composite  particles  robusta  coffee  with  a  variety  of  mesh  sizes  20,  40,  60,  80  and  100.  The  method  of  making composite using hand lay up. Variables used include variations in particle size coffee mesh 20, 40, 60, 80 and 100. The tests performed by the method of thermal conductivity in the composite particles of coffee. Data collection was performed  by  the  method  of  observation  for  60  minutes.  From  the  research  results  minimum  composite  thermal conductivity values on the particle size of coffee that passes sieve mesh 20 that is equal to 0.006 W / mᵒC, composite thermal conductivity values optimum particle size of the coffee that passes sieve mesh 60 that is equal to 0.013 W / mᵒC. While the value of thermal conductivity composites in the coffee particle size that passes a sieve mesh of 100 decrease in the amount of 0.008 W / mᵒC. From the data analysis, it can be concluded that the smaller the particle size of the coffee, the thermal conductivity decreases indicating increased ability to inhibit heat conduction.
Keywords: Composite, coffee particles, variations in the size of the mesh

## PENDAHULUAN
Dengan  perkembangan  teknologi  yang  semakin pesat  dalam  bidang  industri  otomotif  sekarang  ini, penggunaan  komponen  logam  pada  berbagai  jenis komponen  mulai  berkurang.  Hal  ini  diakibatkan  oleh beratnya  komponen  yang  terbuat  dari  materil  logam, proses pembentukan yang relatif sulit, dapat mengalami korosi  dan  biaya  produksinya  mahal.  Oleh  karena  itu, banyak  dikembangkan  material  pengganti  logam  yang memiki  sifat  material  sesuai  dengan  logam  salah satunya komposit polimer.
Bahan  komposit  polimer  tersusun  oleh  polimer sebagai  matriks  dan  bahan  jenis  logam  atau  keramik yang  dicampurkan  sebagai  pengisi.  Beberapa  alasan dipergunakan bahan pengisi dalam komposit antara lain memperbaiki  konduktivitas  dan  difusivitas  termal, meningkatkan  konduktivitas  listrik  dan  permeabilitas magnetik,  mereduksi  terjadinya creep ,  mereduksi internal stress ,  memperbaiki  penampilan  produk  akhir dan memperbaiki sifat mekanik. [1]
Kopi  merupakan  salah  satu  minuman  paling populer  di  dunia  yang  dikonsumsi  oleh  berbagai kalangan  masyarakat.  Kopi  juga  merupakan  salah  satu komoditas andalan perkebunan penghasil devisa ekspor, sumber  pendapatan  petani,  penghasil  bahan  baku industri, serta penciptaan lapangan kerja dan pengembangan wilayah. Produktivitas kopi di Indonesia cukup  tinggi  sebesar  792  kg  biji  kering  per  hektar  per tahun,  membuat  Indonesia  menduduki  posisi  ke  empat di dunia dalam hal produksinya.[2]
Tujuh  kecamatan  di  Kabupaten  Jember  yang memproduksi  kopi  cukup  tinggi  adalah  Kecamatan Ledokombo,  Kecamatan  Sumberjambe,  Kecamatan Jelbuk, Kecamatan Silo, Kecamatan Panti, Kecamatan  Tanggul  dan  Kecamatan  Sumberbaru. Daerah tersebut dapat disebut sebagai daerah sentra produksi  kopi  di  Kabupaten  Jember.  Nilai  rata-rata produksi komoditas kopi  yang terdapat pada daerah tersebut  selama  kurun  waktu  lima  tahun  secara berturut-turut adalah 200,7 ton, 221,2 ton, 127,8 ton, 901,6 ton, 182,6 ton, 97,4 ton, dan 140,7 ton.[3] Di  kabupaten  Jember  dengan  jumlah  produki kopi  yang  semakin  tahun  meningkat  dapat dimanfaatkan  sebagai  bahan  baku  pembuatan  panel komposit.  Penggunaan  serbuk  kopi  dengan  warna dan  tekstur  alami  dapat  digunakan  untuk  panel komposit serta dengan keunggulan lainnya. Aplikasi panel komposit dalam bentuk panel komposit sering digunakan sebagai bahan interior-eksterior otomotif, papan  dinding  dan  pintu,  serta  produk-produk kerajinan tangan lainnya.
Kopi robusta berasal dari Kongo dan masuk ke Indonesia  pada  tahun  1900.  Jenis  ini  mempunyai sifat  unggul  karena  cepat  berkembang  bahkan merupakan  jenis  yang  mendominasi  kerkebunan kopi di Indonesia sampai sekarang.[4]
Sistematika  tanaman  kopi  robusta  adalah  sebagai berikut:
Kingdom : Plantae Sub kingdom : Tracheobionita Divisi : Magnoliophyta
Kelas : Magnoliopsida Sub Kelas : Astridae Ordo : Rubiaceace Genus : Coffea Spesies : Coffea robusta
Konduktivitas  termal  merupakan  sifat  termofisik yang  berupa  sifat  transpor  untuk  transfer  kalor. Konduktivitas  termal  merupakan  suatu  nilai  konstanta dari suatu bahan yang menunjukkan kemampuan untuk mentransfer  kalor  dan  dapat  memberikan  keterangan ketahanan  panas  dari  suatu  benda.  Persamaan  Fourier merupakan  persamaan  dasar  tentang  konduktivitas termal,  yang  mana  dengan  persamaan  tersebut  dapat dilakukan perhitungan dalam percobaan untuk menentukan  konduktivitas  termal  suatu  benda.  Nilai konduktivitas  termal  menunjukan  seberapa  cepat  kalor mangalir  dalam  bahan  tertentu  serta  memahami fenomena-fenomena  yang  terjadi  dalam  perpindahan panas  konduksi.  Material  yang  memiliki  konduktivitas termal rendah dapat disebut dengan isolator yang baik.
Persamaan  dasar  untuk  konduksi  satu  dimensi dalam keadaan tunak ( steady ) ditulis :
Ada  beberapa  faktor  yang  mempengaruhi  nilai konduktivitas  termal  suatu  material,  yaitu  sebagai berikut[5] :
1. Kandungan Uap Air
Konduktivitas  termal  air  sebesar  25  kali konduktivitas  udara  tenang.  Oleh  karena  itu, apabila  suatu  benda  berpori  diisi  air,  maka  akan berpengaruh terhadap nilai konduktivitas termalnya.  Konduktivitas  termal  yang  rendah pada  bahan  isolator  adalah  selaras  dengan kandungan udara dalam bahan tersebut.
2. Suhu
Pengaruh  suhu  berbanding  terbalik  terhadap konduktivitas termal, secara umum apabila suhu meningkat  maka  konduktivitas  termalnya  juga akan menurun.
3. Kepadatan dan Porositas Konduktivitas termal berbeda pengaruh terhadap kepadatan  apabila  pori-pori  bahan  semakin banyak  maka  konduktivitas  termal  rendah. Perbedaan  konduktivitas  termal  bahan  dengan kepadatan  yang  sama,  akan  tergantung  kepada perbedaan  struktur  yang  meliputi  :  ukuran, distribusi, hubungan pori/lubang.
Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan  maka  pada  penelitian  ini  dirumuskan suatu permasalahan bagaimana pengaruh variasi ukuran partikel  kopi  terhadap  nilai  konduktivitas  termal komposit dan morfologi material komposit.

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental. Proses  pembuatan  sampel  dilakukan  di  Laboratorium Penelitian  dilaksanakan  di  Laboratorium  Teknologi Terapan  Jurusan  Teknik  Mesin  Fakultas  Teknik, Universitas Jember.
Alat  uji  konduktivitas  termal  dibuat  dari  pipa besi  berukuran  diameter  5”  dan  3”  yang  disusun sesuai rencana penelitian.
Gambar 1. Sketsa Alat Uji Konduktivitas Termal
Komposit  partikel  dibuat  tersusun  atas  resin polyester sebagai  matrik  dan  partikel  kopi  sebagai penguat.  Pembuatan  spesimen  berdasarkan  riset yang  telah  dibuat  agar  mendapat  hasil  yang diharapkan. Cetakan spesimen dibuat dari pipa PVC berdiamaeter  1,5”  dengan  pemberian  plastik  mika sebagai  alas  yang  dilem  untuk  menghindari kebocoran saat pencetakan. Cetakan pipa PVC yang dibuat untuk pengujian berukuran panjang 100 mm. Untuk  mempermudah  pelepasan  komposit  dari cetakan  sebelum  proses  pembuatan  komposit, dinding pipa PVC bagian dalam diolesi wax mold .

## Gambar 2. Sketsa Profil Spesimen
Metode  pembuatan  komposit  menggunakan metode hand  lay-up. Resin  yang  digunakan  adalah Unsaturated  Polyester  (UP) eterset  2504  APT. Pertama  mempesiapkan  bahan  campuran  komposit dengan  60  %  resin  40  %  partikel  kopi  dan  1  % katalis. Kemudian aduk resin dengan katalis sampai tercampur  merata  selanjutnya  tuangkan  serbuk  kopi sedikit  demi  sedikit  sambil  diaduk  perlahan  sampai tercampur  merata.  Proses  pengeringan  dilakukan sampai  benar-benar  kering  yaitu  sekitar  5  jam bahkan lebih. Kemudian spesimen di potong-potong berdasarkan ukuran yang sudah di rencanakan yaitu dengan  tinggi  20  mm  dan  diameter  44  mm. Selanjutnya untuk mendapatkan permukaan
spesimen  yang  rata  diperlukan  proses  pembubutan kemudian  bor  sisi  samping  spesimen  sebagai  tempat termokopel.
Pengujian spesimen dilakukan berdasarkan pengujian  konduktivitas  termal bahan  dengan  metode steady menggunakan  alat  uji  konduktivitas  termal seperti  Gambar  1.  Pengambilan  data  mengunakan  alat data loggen ADAM 4018 8CH  yang terhubung dengan perangkat  elektronik  dalam  waktu  60  menit  atau  1  jam seperti gambar dibawah :
Gambar 3. Skema Perangkat Pengujian
Standart  pengujian  sifat  termal  pada  komposit bermatrik  polimer  menggunakan  ASTM  E  1225-99. Metode  pengujian  ini  menjelaskan  teknik steady untuk menentukan nilai konduktivitas termal. Skema pengujian spesimen dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 4. Skema Pengujian Spesimen
Menurut ASTM E 1225-99 menghitung laju kalor pada bahan referensi sebagai berikut :
 Untuk bahan referensi meter bar atas ( top bar )
 Untuk bahan referensi meter bar bawah ( bottom bar )
 Dari  kedua  persamaan  di  atas,  untuk menghitung  nilai  konduktivitas  termal spesimen mengunakan rumus di bawah ini:

## HASIL PENELITIAN

## Data Hasil Penelitian
Sebelum  melakukan  pembuatan  spesimen dilakukan  persiapan  bahan  dan  alat  yang  hendak digunakan.  Bahan  yang  perlu  disiapkan  biji  kopi robusta yang ditumbuk halus lalu diayak menggunakan  ayakan  mesh 20, 40, 60, 80, 100 dan polyester  eterset  2504  APT.  Kapasitas  volume cetakan  (volume  komposit)  adalah  3,14  x  22  mm  x 22  mm  x  20  mm  =  30,395  ,  massa  jenis  polyester 1,12  .  Proses  pembuatan  spesimen  menggunakan metode hand  lay-up dengan  presentase  60%  resin  : 40% partikel. Data perhitungan pembuatan komposit partikel  kopi  bisa  dilihat  di  lampiran  halaman  33. Komposisi komposit partikel kopi berdasarkan mesh 20, 40, 60, 80 dan 100 pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi Spesimen
Data Hasil Pengujian Pengujian konduktivitas termal dengan metode steady dengan  rentang  suhu  antara  200 ⁰ C  -  260 ⁰ C selama  60  menit  pengujian.  Berdasarkan  Tabel  2 nilai  konduktivitas  termal  komposit  pada  ukuran partikel  kopi  lolos  ayakan  mesh  20  sebesar  0,006 W/m ⁰ C.  Nilai  konduktivitas  termal  komposit mengalami kenaikan pada ukuran partikel kopi lolos ayakan  mesh  40  -  60  yaitu  sebesar  0,011  -  0,013 W/m ⁰ C.  Sedangkan  nilai  konduktivitas  termal komposit  mengalami  penurunan  pada  ukuran partikel  kopi  lolos  ayakan  mesh  80  -  100  yaitu sebesar  0,011  -  0,008  W/m ⁰ C  berada  diatas  sampel kontrol  (tanpa  partikel  kopi)  yaitu  sebesar  0,007 W/m ⁰ C pada Tabel 2.
Tabel 2. Nilai konduktivitas termal komposit partikel kopi

## PEMBAHASAN
Dari  data  hasil  pengujian  nilai  konduktivitas termal komposit partikel kopi Tabel 2 ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Grafik Hasil Pengujian Konduktivitas Termal Komposit berbagai Variasi Mesh Partikel Kopi
Dilihat dari Gambar 5 diperoleh nilai konduktivitas  termal  komposit  pada  ukuran  partikel kopi lolos ayakan mesh 20 sebesar 0,006 W/m ⁰ C. Pada ukuran  partikel  kopi  lolos  ayakan  mesh  60  terjadi kenaikan  nilai  konduktivitas  termal  komposit  sebesar 0,013  W/m ⁰ C  atau  batas  optimum  komposit  partikel kopi. Sedangkan nilai konduktivitas termal pada ukuran partikel kopi lolos ayakan mesh 100 yaitu sebesar 0,008 W/m ⁰ C  masih  berada  diatas  sampel  kontrol  (tanpa partikel kopi) yaitu sebesar 0,007 W/m ⁰ C. Nilai  konduktivitas  termal  mengalami  penurunan dari ukuran partikel kopi lolos ayakan mesh 60 ke mesh 100  dari  angka  0,013  W/m ⁰ C  menjadi  0,008  W/m ⁰ C. Hal  ini  disebabkan  ukuran  partikel  kopi  lolos  ayakan mesh  80  -  100  menghasilkan  permukaan  halus  yang memungkinkan  jarak  antar  partikel  kopi  semakin  rapat sehingga  saat  dialiri  panas  konduksi  yang  dominan menghambat  rambatan  panas  yaitu  kopi.  Yang berpengaruh terhadap nilai konduktifitas panas komposit partikel adalah bentuk partikel dan jarak antar partikel.  Jika  jarak  antar  partikel  semakin  dekat,  maka transfer panas juga semakin efisien.[6]
Distribusi  ukuran  partikel  sangat  menentukan kemampuan partikel dalam mengisi ruang kosong antar partikel  untuk  mencapai  volume  terpadat  dan  pada akhirnya  akan  menentukan  besarnya  porositas  dan kekuatan.[7]
Bahan  yang  baik  untuk  isolator  panas  memiliki nilai konduktivitas termal sekitar 0,1 W/mᵒC.[8]
Pengamatan Morfologi Dari hasil pengujian konduktivitas termal didapatkan  fenomena-fenomena  yang  terjadi  dalam perpindahan  panas  konduksi.  Variasi  ukuran  partikel sangat  berpengaruh  terhadap  kekuatan  komposit. Pengambilan  struktur  mikro  pada  permukaan  spesimen sesudah  pengujian  termal  menggunakan  mikroskop dengan  perbesaran  50x.  Hasil  pengamatan  foto  makro dan foto mikro spesimen adalah sebagai berikut.
Pada  spesimen  dengan  ukuran  partikel  kopi  lolos ayakan mesh 20 menunjukkan mampu mempertahankan bentuk  dengan  baik  karena  ukuran  partikel  yang  besar luasan  permukaan  kontak  antar  partikel  menjadi  kecil sehingga  rambat  panas  konduksi  berkontak  langsung pada sebagian kecil dari partikel kopi dan sisanya resin.
Namun  pada  spesimen  dengan  ukuran  partikel  kopi lolos  ayakan  mesh  antara  40  –  100  kemampuan mempertahankan  bentuk  semakin  menurun.  Hal  ini disebabkan  ukuran  partikel  yang  semakin  kecil luasan  kontak  permukaan  antar  partikel  menjadi besar  sehingga  rambat  panas  konduksi  berkontak langsung  pada  sebagian  besar  partikel  kopi  dan sisanya resin.
Gambar 6. Foto Mikro Struktur Komposit Partikel Kopi Mesh 20
Gambar 7. Foto Mikro Struktur Komposit Partikel
Kopi Mesh 100 Dari penjelasan foto mikro di atas menampilkan gambar lebih jelas mengenai fenomena-fenomena  yang terjadi sesudah pengujian yaitu  muncul  retak  permukaan,  perubahan  diameter pada  beberapa  spesimen  dan  perubahan  warna spesimen.  Retak  permukaan  diakibatkan  pengujian mencapai  suhu  200 o C  -  260 o C  sehingga  resin  dan partikel  kopi  mengalami  kegagalan  panas.  Matrik komposit  yang  berasal  dari  bahan  organik  tidak dapat bekerja pada paparan suhu diatas 200 o C.[9]

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah dilakukan  mengenai  komposit  partikel  kopi  dengan variasi ukuran partikel kopi, dapat disimpulkan :
1.  Pengaruh  variasi  ukuran  partikel  kopi  pada komposit  adalah  semakin  kecil  ukuran partikel,  maka  semakin  menurun  nilai konduktivitas termalnya.
2. Morfologi material komposit sesudah pengujian  pada  spesimen  dengan  ukuran partikel  kopi  lolos  ayakan  mesh  20
menghasilkan morfologi material komposit yang baik.
Adapun saran hasil penelitian yang telah dilakukan mengenai komposit partikel kopi dengan variasi ukuran partikel kopi, dapat disimpulkan :
1.  Pembuatan  komposit  sebaiknya  menggunakan mesin  vakum  untuk  meminimalisir  gelembung udara  yang  terperangkap  pada  komposit  agar  di dapat  nilai  konduktivitas  termal  yang  lebih signifikan.
2.  Perlu  pengkajian  lebih  lanjut  mengenai  partikel organik  lainnya  selain  kopi  agar  di  dapat material  komposit  dengan  konduktivitas  termal yang baik sebagai isolator.
3.  Perlu  adanya  penelitian  lanjutan  mengenai variasi  ukuran  partikel  kopi  agar  di  dapat  nilai konduktivitas  termal  beserta  morfologi  material yang lebih komplek.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Mashuri.  (2007).  Efek  Thermal  Dan  Bahan Penggandeng  ( Coupling  Agent )  Silane  Terhadap Kestabilan  Mekanik  Bahan  Komposit  Poliester Dengan Pengisi Partikulit SiC. Jurnal Sains Materi Indonesia.,
[2]  Fuferti, M. A., Syakbaniah dan Ratnawulan. 2013. Perbandingan  Karakteristik  Fisis  Kopi  Luwak (Civet coffee) dan Kopi Biasa Jenis Arabika. Pillar Of Physics, vol. 2. hal 68-75.,
[3]  Haryati,  N.  2008.  Kontribusi  Komoditas  Kopi Terhadap  Perekonomian  Wilayah  Kabupaten Jember.  Jurusan  Sosial  Ekonomi  Pertanian Universitas  Jember.  Jember.  Vol.  2  No.  1.hal 56-69.,
[4]  Lilis.  2001.  Kasus  Fisika  Pangan  Dua  Jenis Kopi  (Coffea  sp.)  yang  Diukur  Beberapa  Sifat Fisiknya.  Jurusan  Fisika  Fakultas  Matematika dan  Ilmu  Pengetahuan  Alam  Institut  Pertanian Bogor. Bogor.,
[5]  Hidayat,  Syarif  .  2000.  Pusat  Pengembangan Bahan Ajar. Fisika Bangunan. UMB.,
[6]  R.  Kochetov,  T.  Andritsch,  U.  Lafont,  P.H.F. Morshuis,  S.J.  Picken,  and  J.J.  Smit,  “ Thermal behavior of epoxy resin filled with high thermal conductivity  nanopowders,”  IEEE  El.  Ins. Conf.,  Montreal,  QC,  Canada ,  pp.  524-528, 2009.,
[7]  Lestari, F.P. 2008. Pengaruh Temperatur Sinter dan  Fraksi  Volume  Penguat  Al2O3  terhadap Karakteristik Komposit Laminat Hibrid Al/SiC- Al2O3 Produk Metalurgi Serbuk. FT
Universitas Indonesia.,
[8]  Wibowo, Hary, dkk. 2008. Pengaruh Kepadatan  Dan  Ketebalan  Terhadap  Sifat Isolator  Panas  Papan  Partikel  Sekam  Padi. Jurnal Teknik Mesin, Fakultas Teknik Industri, IST AKPRIND Yogyakarta.,
[9]  Tran  Doang  Hung,  P.  L.,  Dora  Kroisova,Oleg Bortnovsky,Nguyen  Thang  Xiem.  (2011). New generation  of  geopolymer  composite  for  fire resistance : InTech.